El Franc sco lo Rodrigue!

Lección InauguIal del CIlllO Académico ZOOI-200Z
acargo delPro!. j)¡,D, Francisco Castillo Rodrigue!
Caledrahoo de B:oquirnica yBiologia Molecular
El
Excma.Sra.Consejera de rducación de la Com¡¡nidrlá Autóml!r.3
Andaluz~, tremo. Sr. R'i!ctor Magníiico, Ilmo. Sr. Secret,¡rio Gene-
ral de Unirerndades e /r.I'estigaciófl, nmo.. Sr. Presidenie del COIlseio Socja!, Excmas. e I1mcs. Autoridades, CI.!u:-tro Universltano,
seiíoras ¡serrares:
Corresponde hoya b Secciónde Bioquirnica de la Facdtad de
Ciencias impartir la Lección Inaugural del Curso Académico 20012002 de la Universidad de Córdoba. Agradezco a los ÓIgat.Oi de
Gobierno de 1 ~ Facultad, persorJficados en su Dustre señor Decano,
que me harcl1 propuesto presentar esta lección,que va a versar sobre la H:storia de la Bioquimica y las perspectivas que el futuro le
depara aunaCiencia que nació hace un siglo, peroque emerge con
renovados bríos enlos albores del nuevo milenio gracias al desarrollo de ntevos paradigmas y¡écrucas de análisis molecular con gran
poder de resolución.
El profesor Francisco Castillo Rodríguez
El
Esta Lección Inaugural se ha diseñado sobre la base de la Historia de la Ciencia Bioquímica. El estudio de 111\! Ciencia desde el
pUnlo de vista t.is!órico es un ejercicio impre;;clf.dible paI<I aprerlder a enseñar esta Ciencia yapracticarla en ellaboratorio,así como
para el enriquecimiento lJ11electual yh!L'll3.nistico del Profesor Universi!ario, ahora r:lUy o~,idado por el feroz tecnicismo imperante el
todos los sectores de la sociedad.
Race unos 40 años, F.R. JeYon~ recogía en S'J libro "Elsecrebioquímico de la vida" una sentencia que definía a los
blOquimicos cono uindlVid'loS que hablan de Biología con los
químicos y de Quimica con los biólogos". Sin embargo, una definición menos frivola y mas adecuada deberia considerar que la
Bioquimica es la Ciencia que estudia el fenómeno de la vida desde el punlOde 'nsla molecular. Como decia llIl ilus:re Bioquímico
espa:'tol, un laboratorio de Bioquimica debería poner en su frontispicio, a manen de la Academia de Platón en cuanto a la disposició) hacia la geometria, "No enlle en este lugar nadie que no
esté dispueslo al enfoque molecular de los problemas biológicos",
10
El desa."l'Ollo de la BiCKJci.'lIi.ca se ha Devado a cabo desde l~
dialéctica gen-prote:na, el gen como entidad, contenida en el ONA,
que porta los caracteres hereditarios y la proteína como vehículo
ejecutor de la información radicada en los genes. El esi1:dio de la
naturale2a quimica de ambos pilares de la materia viva ha tenida
lugar a lo l~ de todo el sig!o Xx, con una pri.mera mitad enfocada
hacia el metabolismo y las proteinas y una segunda ¡rjtad vo!cada
hacia la imrestigact6n génica. El resto de componentes de lamateria
viva, azucares, lipidos, Vltarn!niS y minerales son me:os actores del
drama de la vida escri:o por la evo!ac:ión en los ácidos nucleicos y
dlri91do por las proteínas.
De aeterdo ool'. esta definició;¡, el símbolo de la B:oquinica es
una dable hélice (ONA) a la quese adosa una estructura enY(proteJna):la lectura delDNA por las proteius interpreta el mensaje biológico pemitiendo que los seres "1';05respor.dan a 10$ ca.'Ilbios ambientales así como que los caracteres se hereden yse expresen en la
~....t..""'; n
El
Figura 1.- SimOOIQ te la Eic.quimic:a: Una ;HcI~i:.a requladl03. npo mm.¡Jler; tk /eijCIlloi5
!!:OnlCe u.na ;e('\!e~.(::a de bases en la doI:l~ M~ce delll~. mediUtte afi.'lidl:l c¡almic&. Al
3eJ la ~roteú>a 1m dímelO, el electo (j.e},¡ro !u::',enla Lufiniffid dE _'U Jn n:wp:tlleÍna e:,
'/anO!; &dEnes de mag:'J tud. !:s:a Iipo d~ u:;ones cant:'D1a proce.lal lan llnpCllI¡ntes CC::-.O 11
dW-.Jién celul¡.r f ll! iIllera:l Jn CI':llI1a apar.('lO~ de ;mlCI tipCI de cW:er.
Lil Bioquímica y el origen de la vida sobre la Tierra
Uno de los principales objetivos de la B:oquimica es conocer
cómo se origino la ..~da sobre la 'Nena. Este punto ha sido cradicionalquebradero de cabeza para los cientílcos y origen de conirO"l'ersias entre vitalistas y redUCclOlústas, creacionistas y evoluciolÚSlasJ
hasta que la Bioquimica proporcionóuna clave razonable: hace 4.500
núlIones de años, por una sola ve;:, la materia inerte se transformo
grad\rumente en maleria viva, capaz de generar copias exactas de
si JI.Ú;ma y de perpetuam en el tiempo gracias al intercambio de
materia y energía con el medio que la rodea, adaptándose a él meci.ianle inexorables leyes de azi! y necesidad nacidas en el i:u;tame
mismo del origen del Universo,
Si se comprime el tiempo geológico del desa.'!Ono de la Tierra
(4.500 millones de años) en lll'I solo afio, las pri.meras prolocélulas vi.·
vasap:m:cerian a finales de lebrero,el oxigeno hacia jWlio,1as plantas
en noviembre, los a.'1imales en diciembre, los homirjdos precun;ores
del hombre en l~ noche del3! de diciembre, ~l Homo Silpie.'1S 3minutos antes de la media.'loche, yla era grecorroma.'lil prácticameme con
la pnmera campanada de la Nochevieja. Los experi.menios pioneros
de Stanley Miller 'j Juan Oró han permitido establecer una teoría coherente sobre la evolución de laslormas moleculares prebióticas a las
biomolecuJas que conocenos en la actualidad: Un mundo dominado
por el ácido ribonucJeico QmA),catiiza¿or aulocopiador,evolucio:tó
hacia el mundo actual del ácido desorinibonucJeico {DNA), capaz de
almacenar un mensaje gener.:ndo copias muy estables con ayuda de
catalizadores mas eficace; y e.;pecí5.cos, las enzimas. La eneIgia necesaria habría sido extraída por estas a partir de reacciones
III
ioorgánicas, probablemente centradas en saJes de azufre ytierra, en
la s~perticie de materiales arcillosos.
Fsa3 ooncbsiones se basa, en el del:ubrimier.lO de la cc.plCidad
catalilica del RIlA (corte Y1igación del DNA) Yen ~ muy recier.' ~
de que la sinleis de prtlteinas en el ribosorna 00 requiere !lino RNA.Así lo
muestra la estn:dW'3 tridi.lneJ1Sion<.!, a aha resolución, tie este orgármJo
suk-eIuJar ampliameme dis:riOO:do por toda la escala l»ojógica.
RNA _ ooplas
l
Sustrato --o Proclul:;to + energla
RNA _ ONA - copias
enzimas
Sfe + HzS
--+ FeSz + Hl+ energía
flgm ~.- [~ ~bkD:a. El l!IIIII(\c: kV. elllUt:ci:! pm \111 awado Qe::o.:udD por el
D:v. y las pro:&mu (tw.u), que ~~Jee ellr.:tt.:r.l! r.ol.ufiCiO:eul Dl\hlIllICUI ~!.
les 1M fet'IIUI muy estable ylas proteinu len calafuadort, mUCM ;:".I.! encite! que el ?J/A.
pc::b :¡ue §On ~ deeltrJ.erm.Íl t~t¡glllpl!lÍl te f~ent"(:.ergCtiCiS IIlI~!!I..
1fN bipoIe_ c:tff.llrn m te:.r qut !Jsuu.".GáOOos lUIg'.d.zf~, J.¡"K?!"pl!bIóIiat el'
Herue pD:!iel'C7. ong¡."x ",JDCI1II;s FI:IIriI9ides ~KH lit ~e:.t!ll ::,;~~elZl 5t::o.eJ1..1·
teslprokeébJ!ils.
La pre<JlL11a inevitable es,¿cómo ~e originó el DN.~? ¿Posible"
mente a ITavé! de un ..i!us que lo ~11'('n !ó como materi~ genético
Ies!stenle anucleasas prolocelulare;1 Esia prequnta pennane~ aún
sin contestar y no es previsible que se encuentre una respuesta a
corto plazo. Lo Cf:le si plleCe probable es qtle el el mu.ldo prebiótico
!le pueda aplicar tarrbién el r.eodarwinismo: una verdadera lucjl.a
por \a. supervi\~encia. b~ada enel dJ.ser.o de estr~ctUIas moleculares
mas estables yeficaces desde el punto de vista termociinamico.
las fases )XlSieriore3 de la Historia de 1<1 vida se lIan pod:do
reconstruir gracias a los denominados relojes molecu.lares que han
pennitiri.o el diseño de árboles evolulivOll de todos los seres VlVOS.
Por \o que respecla a la e-.'Oluc!on numaJI.a, los da:os bioquill'icOi
!utteren ~n origen africano de la Ht:manidad. En este sentido, recientes y elegantes estudios sobre la evolución paralela de genes J'
lenguaje o sobre 10ll complejos ri.e ~.is io cornp<1tibiJid.ad han llevado
a interesantes conclusiones sob~ el orige:! y migracior.es de los
J....wu,"'P"""-"
La química de los seles vivos: el melallolismo
.I\.unque ya hemos dicho que la Bioquímica es una ciencia
joven, sus planteamientos est~n enraizados en los albores del
pensamiento occidental desde hace as siglos, cuando los filóso·
fas griegos especulaban con la esencia de lo vl'lieme y, aún mas
atrás, en tiempos de los Patriarcas Bíblicos, en los que la Humanidad aprendió a obtener bebidas espirituosas a partir de las
plantas.
Hace muy poco más de IDOaños se Ue'¡"arona cabo dos hallazgos fundamentales para el desarrollo de la Ciencia: Lord Thomson
des¡:ubrió elelectrón,evidencia.ldoque el átomo no en indivisible,
y E. Bii.chner demostró que las células de levadura rotas podían realizar la fermentación alcohólica; este es el punto de partida de la
B:oquímica como Ciencia: hibia nacido la experimentación in ;oitro.
Tal como dijo Alben Einstein cuando conoció el trabajo de De Broglie
sobre la dualidad onda/partícula: él ha le¡'ilnlado U/la pllJ1/a del gra/l
¡'elo,Bii.chner vino a remachar algo que habia ya sugerido la síntesis
de la urea realizadaporWóhleren ellaboratorio: losseres'Ii'los fun·
cionan de acuerdo con las leyes de la Química,! de la Física, sinnecesidad de ningur,a fuerza vila1.
El experimento de Bii.chner abrió la puerta para una serie de
trabajos trascendentales que permilieron comprender el funcionamiento de los seres \~voscomo máquinas quirnicas que triLll.liforman
la energía de los nutrientes en trabajo biológico:
-.
GLUCOSA --+ 2 ETANOL + 2 c~ + ~Ic r + energia biológica
CQ(a c(Or1l"$
ws extractos acelulares de Büchner contenian enzimas ,entidades bautizadas asi por Friedrich Wilhem Kii.h!\e en 1878 (enzima sigruEca "en la levadura"). Pero además conte"j,;.n cofactores, algunos
de los cuilles resultilIon ser derivados de las recién descubiertas vilaminas (nuc1e6tidos de f1avina, adenina'i nicolinamida,pirofosfato
de tiamina, etc.), y fosfato, clave en la ruta que después se denomi·
narla glucolisis. Durante las primeras decadas del sigloXX, la escuela de Otto Meyerholfen Dahlen (Berlin) proporcionó los datos necesarios para establecer rutas metabólicas, o conjunto de reacciones
El
quírrJcas POI ta, que los seres vivos degradan los nutrientes, tes ex·
aae:. energi3 y cor.struyen su propio edificio biológico utili:!ando
como catalizadores la.3 enzimas, uno de tos ejes de ta materia viva,
capaces deaumemar la vclocidad de una reacci6n especifica en \'a.
rios órdenes de magnitud.
Hacia tos años SO, Sir Hans X.~bs consigwó hallar la clave del
metabolismo energéllCo: cómo el acetato ger,erado a partir de la
oxidiICión del acido pirúviooera lIansfor:n!do aeróbicamente en COI
medi!nle un p:oceso cíclico que él describió en celulas animales
pero que es universal. Durante este ciclo, el acetato, activado como
Acetil Coenzima A, se condensa con el oxalacelato para dar citraio,
el cual es transformado sUCEsivamente en isocitrato,2-oxoglttarato,
succinato, fumaIato, malato, y de nuevo on!aeetato,que cierra el ci·
clo. Es este un rrcecanismo extraordinuiamente eficaz para
descarboxi.!ar yoxidu el acetato,dado que origina dclicamente un
lIItermediario carboxíEco con mas de dos carbonos capaz de sufrir
Ulé. ruptura ~ y generar asi COl'
Alo largo del ciclo, bautizado con el nomb:e de su descubri·
do!, el acetato se oxida a 2 COl Yst:S Belectrones aparecen como
coell!irnas redt:c:eas (3 NADH Y1FADHJ. En col".eIi6n con este ci·
clo, Krebs y Henseleit descubrieron otra ruta ciclica que eliminaba
el exceso de :titrógE!no como urea. Posteriormeme, los aabajos de
Ochoa, Warbug, Lynen, Calvin, Leloir, Cori, elc., permitieron elaborar mapas metabólicos muy completos de las p rinclp ~ les
biomoléculas en 105 dlferentes grupos de se:es vivos, bacterias, hOlgos, p~a¡\las y animales. En c:onso:.ancia con el origen cornil, de Jos
seres ~;.¡os, toda estas rulas metabólicas pJ!!seJtML grandes reme·
jar.m,conser¡á.:ldose SI! estructura ba.>ica en toda la escala biológica
___
r.glll'a l -
I UCTMIOUSMO
Dmeld:o:.s/OO mn~ ~~.e :gia
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dea r.~tieldEJ r !.ltrallsfe:1lll fQ :nbajc¡ ~iO:6;¡i·
co. llWem 'ftn ,dtsea.os.!.cI »Erel ~ u!Íli.Wl tu:.ergía de ar.~tnenl~1 pala pi!!IIWIe-
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te! en un e! liO~ ele ~o~quilibrio (el ¡¡quiIibri<l ¡eriila xr.uw~) c!ellOl'l'linado estl:!~u/«jona·
1:0, en~! que Jos n~jJ; d~ matelia'! encrgia..:m oon;lant~ yrrirumalJ pwdurn)~de€:,tropia.
Aunque ya se ha dicho que hacia los a.ios 30 se conocía cómo se
producía CO: en la t€3piración y se eliminnba el ezce30 de nitrógeno
como ure~J aUn habrian de transcurrir varia3 décadas para que se pudiera desenlIaJi.ar el mecanisJoo molecular de l! conversión biológica
de la energia: cóno las coenzirnas reducidas tra.1Sfieren sus electrone3 al 0: y cómo el descenso de energía libre unphcado en este proceso se utili2a para reali2ar diferentes tip03 de trabajo biológico.
Amediados del siglo XX se st.bia que parte de la energía de la
Glucosa se almacena en una biomolécula denominada trilosfato de
adenosina (A'l'P),auténtica moneda energética de los 5ere:; vivos,pero
¿cuál era la clave molecular de esta tra...1Sformación?
L~ oxidación aeróbica (respiración) de laglucosa transcurre en
dos fases'
GLUCOSI. +6 H,0 ' sco, + 12 IH,I W =·355 kj
121H,j+60, " 12H, O
ÓG= ·2512kj
La disrninucion de energía libre se emple~ en ambas (ases para
sintetizar 4y 32 moléculas de ATP, respectivamente.Se sabia que la
sintesis de ATP durante la fase 1tiene lugar mediante reacciones
exerg6nicas que implican intermediarios estables ricos en enerif-a
( 1 ,3-bis-fosl~licerato y fosloenolpiruvato). Sin embargo, la síntesis
de ATP durante la (ase (] fue objeto de controversias durante mucho
tiempohasta que en 1962 el bioquimico inglés Peter Mitchell formuló la leoria quimiosrnotica: dura"te la respir~cion, la energía quími·
ca,electrónica, de la glucosa se transforma primero en energí¡:. ácido-base (f\lenamotriz de protones ÓuPH+)y ésta después se transforma en ATP,gradientes de concentración de solutos,energíaelecirónica (/lE) o energía mecánica. L~ central energética biológica está
ubicada enlas membranas de los procariotas o enlas mito condri~s
de las células euci!ióticas.
El circuito transductor de la energía biológica es comparable a
un circuito eléctrico donde circulan electrones gracias a la diferencia de potencial generada por una pila:
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IiILamenl e .
(ccncci:ruil<l). I:n 1I cir.lIiLO _!jl~~ dr~ulat. lo! protooes ~r.: re dos
co.rq:tflimenlOl ~:.~~reme pH,imp'~1 JXI J.¡ enerql! de J.¡ pÜi bio1é9C1. loo! ~l')tOMJ
ámIlll1len fa'fllf drI gra:iie!lle ce pIi pueden ruliurlrQlj~ qaimk~ (r.,:e!lJ ú A'lP) r
fl0t\uci¡. cSDlamerote c¡eneru ello! ((lrtocifl:ailc kmnalio poI 1I. ~:oIcÍm llCP,un canal
d. plOlOnel lit lis r"embruiS miloolrdriaJes 1!",:erna
lñ aplicación de fila teoria y el cOlocimien:o del mecmismo
mo!ecular de la lransduccion biolOgica de la enerqfa ha llevado aun
reajUSle en el cálculo del ATP prodllCido por mo1écuJa de glcron:
GWCOs..~. t
6 0: +32 ADP +32 Pi -t 6eO¡ +6HP" JZATP
Es:e reajuste se debe a que la maquina biológica que impulsa
los H" enoontra del ApH tiene unaeslequiometriade 10 Hi/?e Yla que
los canw a favor del ll.¡IH tiene \L'\a estequiometria de 4H'/ATP.
No obsta.11e, el rendimiento energético es I1lT)'OJ que el calculado sobre las oor.diciones eSlanda.'YfS, ya que las CO:lceDiracio:tes
ir.I!aCe;Wares de ATP, ADP YPi son tales que la fosfcril~ción del ADP
aA'IP in vivo "l:Uest3" casi el doble de enerqía {SO·SO RJ/rr.oQ qt:e en
condiciones estándares.
Esta leoria ha tenidoimportilntes repercusiones sobre las cien·
das dietéticas '¡' nutricionales y sobre las causas de la obesidad, un
mal de la sociedades civili¡¡adas y sobrealimentadas, del que se
empieza a conocer la clave molecula:r:he'i se puede:l generar ratones obesos mediante el siJefl.oa:niellto (noqveo) de ciertos genes,
co:no los que codi6ccn la leptnil, una hormoJa anorexigénica producida por el tejido adiposo, o la prote:na tennogerina (UCp). Esta
proteina esta bajo control hormona.! en el tejido adiposo paIdo 'i es
El
clave en el mantenimiento del peso corporal)' para amortiguar 105
cambios de temperatura en 103 marniferos neonaiOs o105 que viven
en chmas muy fríos (termogimesis adaptiva).
Muy recienterne:lte se ha mosüado la estructura rnolecuhr de
la máquina biológica q:.le sintetiza A'l'P, un minúsculo rotor movido
PO! protones, Yel mecanismo molecular de síntesis de ATP, Jo que
ahora permite volver a considerar la antigua hipótesis
conformacional: la energia del gradiente de protones se utiliza en
realidad para liberar el ATP del centro activo de laATP-simetasa, un
auténtico "pozo lermodinámico"para el producto de la. reacción. La
enzima es en reilidad una válvula reversible de protones presente
en to:ia la escala biológica con minima3 ...ariantes estructurales que
no funcionales. Curiosamente, las bacterias se mueven gIacias a un
rOlor protónico impulsado por el gradiente electroquímico de
protones generado por el metabolismo. En la actualidad, el e3!udio
de estas mimísculas máquinas moleculares constituye el objeto de
una ciencia en expansiÓn! la nanobiociellci...
Elllos años 20, otro enigma apasionante era la base molecular
de la fotosíntesis, el segur.do proceso day€ de la Bioenergélica, cuya
esencia fue descrita muy bien por el clérigo inglés, un tanto disidente,Joseph Priestley dos siglos atrás.Afortumdamenle, Priestley practicaba su disidencia en Inglaterra, porque su colega ypionero en la
Bioenergetic~ La\'Oisier perdió la vida en esa epoca en Francia a
momos del Terror al estimar el Tribunal que "la República no tenia
necesidad de sabios".
ws sencillos experimentos de Prie31ley y De Saussure mostraran que ias plantas poruan purificar el aire cuando se iluminaban
con el sol, dado que 1lJ'I. ratón podía vivir o una vela permanecer encendida dentro de una campana hermética sólo si ésta conlenia una
planta iluminada por el sol.
Sin saberlo,Priestley había encerrado ¿entro de su campanalo
que el Profesor Manuel Losada ha denominado con acierto el ciclo
fundit.'I1ental de la Bioenergética, que ahora los dalas bioquimicos,
tanto estructurales como energéticos, han perrrütido comprender
desde el pu.'lto de vista molecular.
El
Re9plratión: bacterias, prOlistas, hongos, plantas, animale 5
GLUCOSA ~ 6 o,
~
6 CO¡ + BH¡O
~
Fotoainmsls: bacteliu,
proIl5t~s_
algas Vpl anta~
rlOJlll' S.-CiCle fmiar..e~:!.lO::! 11 Bioer.e:getic&.!.oas pIanW yIu¡]~/.I p:roouc~~ elc:d~e~~
que re,,~eren lodo! !Ol S<ll'S VI'/OSpo.'"iI :eS?~iII y;¡s:milan dCO,l"cdu:::dDcnla II'spinc-.6n
9"neran:lo oosqocs.p.aderas yfilcplanC!on
Hoy se sabe que las plantas transforman sucesiva.,nente la energialuminosoi. en energía electrónica, en energía ácido-base y en
ATP. Para esto, la evolución inven ró las clorofilas, complejos
tetrapirrólicos de Mglt, claves en el desarrollo de la vida ill pernútir la rotura del agua en oxigeno e hichógeno mediante una eficaz
pila electrolítica impulsada por energía solar, proporcionando así
un comb'Jstible inagotable . Al aparecer el oxigeno, y
consiguientemente el ozono, hace 2.000 millones de años,los seres
vi\'os pudieron emerger de las aguas y ulilizar la respiración
aerobica como un medio de sLpervivencia que lesconiirió una gran
ventaja evolutiva, Hoy se conocen con detalle, a nivel atómico, los
centros de reacción lolosinteticos de las bacterias pUrpuras y las
cianobacterias, confirmándose plenamente las predicciones de los
datos fisiológicos, bioquímicas y espectroscópicos.
Enlos seresviyos,el CO, no se puede lransformar englucosa a
expensas de los electrones del agua a menos que ésta se oxide por
un centro Mn¡ -proteína acoplado a un fuerte oxidante: el complejo
Clorofila '1 proteína del centro de reacción fotosintetico. En la caden~ respiratoria, la traruferenc:a de electrones desde 105 citocromos
a los complejos Cu-proteina yal 02para formar agua es irreversible
en condic,ones fisiológicas. La COI'.5eCUenCla es que la fotosíntesis
es imprescindible para oxidar el agua y cerrar el ciclo clave de la
BioeneIgética.
Orros bioelementos importantes como elN yel S, muy ab1lI1dantes en su estado más oxidado como NO; ySO/ , también se iF.oorpo·
ran al malerial celular mediante procesos reductores ligados más o
menos directamente a la íotosÍIllesis, laI como han demostrado los trabajos de la Escuela de BioquiI11ica del Profesor Manuel wsada.
El
En la actualidad se 5iguen estudiando rutas metabólicas desconocidas, sobre lodo las que existen en los microorganismos
denominados extremóiilos (que vi';en en ambientes extremos de
pH, temperatura, salinidad, etc.). El conocimiento bioquímico de
las rutas utilizadas por estos microorganismos para sobrevivir
proporciona datos muy interesantes sobre su potencial
biotecnologico y sobre la evolucion de la vida, dado que muchos
de ellos son i!lcnaebac!eria que poseen mecanismos sui-generis
de exlracciól'. de energía a partir de nutrientes. Agí, los
metanégenos son ungrupo de arqueobacterias que extraen energía de la reacción
Eslas bacterias poseen una serie de coenzimas yenzimas exÓticas que calali2an el proceso en etapas de 2 electrones. Las
haloOacterias son otro grupo de archaea que emplean la energia luminosa p1lra sintetizar ATP mediante un proceso que es una prueba
incontestable de la
t
exterior
rnembrarJa
plasmática
interior
l1gur!. E.- La btosmtes:S de las halDbKteri!..!, La barlmonoicprina [D) a:..5o:te lalu:: mediante el ~tinaI ffl).w e:'!<rgii IUln:..1a;i se wiIi:a pari bo:nbeal ~lOtoneJ (0.'010II ilops) Yli
fuero...l m<lrrU de ¡mMr,e¡ di:ige la sintesis ce AiP
Ur.1VUlI.1: a da la bacter:orrodop.sw. per.:¡lle . 11.1 bKteri!.l ce:e:::a:r IalLa ylllt'llme hacia
e!1J. (k!olom). 1:n la relini, una pro:elDa ¡L-:-.:lu, !1. l'OdopnnM);JOlbe 1& IUI r..ediante el mis·
mo CfCIT.Ó~~ro y transfo:tM la erergia electromaptétic:a en un impulso l1'.'l"I10,0. La ¡in',ilitud
I!I lr1:elurll da ell!..! ~rcleiJw ci!.p1c:u de IUI constiIU·¡e un CII.:'De:emplol ele el"Olucirin
moJecnIi:r comergente. Tambiene; de é<iliIcaJ li boroolcgi. t:,;re el mecanim,oce 1lUIS.1Ús;ón de la lE:.aJ lu::-jnJ5J en la rejna ). el de la hJlmorJ JIi.T"Jlina,CIl)"O l~p:O¡ pc:sce una
es:ructun ::-,~)' simila:! la de la rodcpsini.
La Química de la Herencia de los caracteres
La estructura de los seres vivos y sus Irans.;cciones energéticas están encarninad.;s a perfeccionar la principal característica de
aquéllos: la de elaborar copias de si mismos para perpeluar su in-
I!I
dividualidad en el tiempo. Esta capacidad reside en el otro eje
molecular de la materia \~·..a: uno; polL. neros denominados acidos
nucleic05 por haber sido localizados, por Friedrich Miescher, en el
núcleo celular a finales del siglo XIX en el laboratorio de Felix
Hoppe-Seyler de Tübingen, considerado uno de los padres de la
Bioquill'Jca.
El conocimie:lto del soporte bioquímico de la herencia tuvo
que esperar hasta mediados del siglo XX: los genes, unidades
h.ereditarias de la genética clásica, estan formados por ácido
nucleico, fundamentalmente DMA. El descubrimiento se debió a
un est\ldio sobre la transformación de una estirpe no patógena
de neumococos en patógena a partir de un material extraído de
neumococos patógenos muertos por calor: el material Iransferi·
do era DNA. La modestia de los autores al publicar su trabajo
hizo que cuando éste se presentó en la Joh.n Hopkins University,
el auditorio no prestara mucha atención a lo que seria uno de los
descubrimlentos más trascendentales de tod~ la Historia de la
Biología . Pos teriormente , un experimento realizado con
bactenófagos demostró qte estos inyectaban DNA a las bacte·
rias huésped como paso pre'.~o a su reproducció:¡ intr~celular, 10
que reveló de forma inequivoca el papel del DNA como soporte
qtimico de la herencia.
Durante la segunda mitad del siglo XX se ha podido compren·
der cómo los genes porta.'1 ia herencia yse ha explicado, desde una
base molecular, el paso de los ca.racteres a la descendencia: todo
un enorme enigma biológico que fue imposible resolver hasta mediados del siglo XX cuando Watson y Crick elaboraron la tJpótesis
de la doble hélice que se abre y cada una de sus ramas sir~e de
molde para la elaboración oe dos hélices hijas. La hipótesis esta
basada en estudios estruchnaies proporcionados por Rosalynd
Franklin, Wilkins, Sto:-res y otros, entre los que sobresale el an.i\isis
de la difracción de rayos Xpor parte de una molécula de DNA.JUT!to con los estildios sobre la estructura de las proteínas, el modelo
de la doble hélice es una de las contribuciones más sobres¡ilienles
de la Biología Molecular Estructural al avance en el oonocimiento
biológico.
Célula madre
HélICe madre de DNA
8¡
88
Células hll8$
Hélices hijas
1'I~~7.-!f.eci:'.:I!OOmcIKilirdelúe:eao::i¡d'\)IW.cle!et:Ulllci::l.lrr'¡¿·uE ~
&nde. ,jlulu hiju i!!'n~~!.l gtJCias ~ que 11l DItA tn dcb:1 MIice R a)):e , cnqi:u dcJ
~I~J MIices lujiJ íq.:i('¡.
t.l!leeha indi,~ el punlo donde la lIIaquil'.ma e!cim.iJica 18 iCOpu a II dob\e ilelire pa.'1I
~luC<lp~u,m Ul\a!recuenr::ildeerm ( 10'.
En 1958 se confirmó la hipólesis de la doble hélice mediante
un experimento rewdo con mM narcado con el isótopo IIN en
células de la bacteria Escherichia colt la dilución del marcado
i~o:ópico con las Sl:ces!vas gene~C!o nes dcnostraba que la duplicación delDN.'. era semiconservadora:la hélice nadre daba lugar a
dos hélices hijas y de esia forma los caracteres de la célula madre
pasaban a las células hijas.
El siguiente pIoblema fue la elucidación del código genético:
¿Cémo se traduce la irionnacion contenida en el DNA a otro polLrnero
qti!1UCamente dlfererJe, las proleínas,ycómo estas ejec'lta.., el meno
sa;e? Este en:gna se resolVió gI3cias a u."\aenzi:n! descubierta por
Ochoa, la polinucleótido fos!orilasa, amentica piedra P.osetia del jeTOg-li6co biológico: las palabras cons1ruidas conun aliabetode 41etras (bases nitrogenadas) del DNA se traducen a las palabras construidas con un alfabeto de 20 letras (aminoácidos) de las proteinas.
Así, el conju.'lto de los genes de unorganismo se expresa enun con·
ju.lIto de proteínas que son responsables tanto de la capacidad de
unabacteri ~ pm vivir ~on un determinado nutriente como del color
de los ojos de un ser humano.
¿Cómo ~aben las celulas q'Je ger.ei deben activarse oqté pro-lelJl.:LS deben expresa."'!ey fur.c:iOlal' el un mo:nello dado? Este r,uevo
problema es el objeto de otra rama de la Bioquímica, la Regulación
I!I
Metabólica, que se desarrollo especialmente a partir del descubri·
miento de la relroinhibición en 1956 y de las contribuciones pioneras de Fran~ois Jacob yJacques Menod en el Instituto Pasteur. Jacques
Moncd e, autor de un Iibro,El Azar y la Necesidad que impactó fuertemente en 1912 ala ccrnurudad científica,así como de un interesante modelo teórico de la regulación de la catálisis €!l%imátlca ~le se
ha visto corroborado por multitud de datos moleculares obtenidos
con posterioridad en enzimas C()mQ la aspanato transcarbil..rni.lasa,
la foslofructoquinasa-l y la glucógeno fosforilasa.
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~ r_:e af,.'): :Iad quimic.I polI el Justrat~ de 1! rea~c:6n.
Lasen:irMS il~II~;jca,¡ ~n ~e;,tfOS ~I dE ¡:,:~;II'i~n de s,[¡a1el: la Ul':on tIe una
mQl~cula d~ sustrdlQ aleda a la ~..;6n de!;J si:¡uicmcs [o:q:e rntivicLad) Jo ~ se ~~u~e ~n
'J.! r;e!le capaddacl te ~!pue!tl. i las :1.."7.bi0! 1.."7.bientale5.
A veces, la emima cambia su actividad por modiiicaci6n
covalente de la proteína. El mecanismo m~s generaJizado es latra.'1S!erencia de los:orilo aexpensas del ATP y de una enzima fosforilante
(kinasa) de proteinas. En las células vivas, estas kinasas constituyen
hasta un 3% de las proteinas 'J participan tanto en el control
metabólico como en la captaci6n de señales e:-:tracelulares, la acción normanal,la división celular, la contracción mU3Cular, la respuesta inmunitaria, la embriogenesis, etc.
El estudio del control del meiabolismo es un objetivo prioritario de la Bioquírrjca,perola complejidad de la red metabólica celular ha requerido un nuevo paso adelante: el estudio de los sistemas
en sí yno como mera yuxtaposición de sus componentes. Hoy dia, el
Anitlisis del Control Metabólico consrituye una rama de la Bioquímica
en franca expailsiónque ha introducido un el'loque cuantitat:yo meditmte coeficientes que expresan las propiedades reguladoras de
las enzimas y los metabolitos.
En los años 60, la escuela del Instituto Pasteur ¡ue también clave en la formulación de la rupótesis del operón, piedra ang'.1lar del
El
mecanismo de regulación de la expresion génica. La unión de
ligandos señalizadores (inductores y represores) ~ pIolebas
reguladoras controla la expresión de genes agrup~dos en u:údades
transcripcionales u operones. rodo esto dio paso a estudios que re·
velaron los principales motivos estrucrnrales que poseen las protelnaspara unirse alDNA, una clave para identificar la función de aquellas,Además, la estructura seculldaria del R.\TA también es importante para la requlación de la transcripción,como acune con la atenuación del operón del tI'iptófano en Esc1rerichia eoli.La interacción DNAproteinas tmtbien es importante para la regulación de la uanscr1pcióJ génica en eucariotas, donde toda una pléyade de proteínas (factOteS de transcripción) se congregan en los p:omolores génicos originando cambios el la estructura del DNA que abren paso a la expresión o al sile:J.ciamiento de genes.
W5 gene5 ylas prot~inas que codifica..:, poseen funciones sinúJa·
res a lo largo de todo el árbol evolutivo. ~ten hornologias espectaculares en los patrones de desa.troUO de 103 animales, dirigidos por
las proteínas horne6ticas, responsables de la segmentación de los
embriones. El conocimiento de la ernbriogenesis a nivel molecular ha
avanzada tanta que actuahnente se pueden generar mutantes artifi·
ciales de a:rimales con palrone5 de desarrollo modiñeados a ',"Olunoo.
La Bioquimica y la calidad de vida de una sociedad moderna
A medida que se han sucedida las avances en Bioquimica se
han ido creando tecnologías aplicables a la resolución de munero·
505 problemas que aquejan a la Humanidad. En este sentido habria
que destacar el papel funriamental desempeñado por una sencilla
técnicaanalitica,la elecrrofore3is, ideada porTiselius en los años 30
para el estudio de las protemas. Ya en la década de los 40, la
electroloresis había demostrado la existencia de enfermedades
moleculares. Al aplicarla a los ácidos nucleicos, se confirmó como
un instrumento de alto poder de resoluci6n que ha pernútido el es·
tudio, la comprelSión e incluso la resolución de problemas relacionados con la salud,el surninislro de alimentos ola calidad del medio
ambiente. Por otra parte, este tipo de an:ilisis del DNA ha propiciado
grandes avances en Medicina forense, incluso cuando se aplica a
estudios Mtóricos o arqueológicos.
El
SeClJeI1:;iaci6r1
de genomas
figm; 9.- La eIectro~~~ Wl'.O'J;ru;! ,me en E;o~(I.;Jia r.toIo)a¡)a¡. Dileler,le¡ ;¡P~CJoo.
I\eSd~lanállii! e!"t'Jrt>l~tC!l dfl DtIkcad.J twJd.¡ awlClll1l!ll¡»ade al::'!.! mclkula de D;v.
La¡ llI(ll{culilSde mayor taJnafuI emigra:. a menol \'e!o:da1 e~el 'iIr1p~ e!!:-.rico.EsI! lécru·
ca"c::-~da con ti bJolUng. f adaptida i ilCluales '1 so6$ti::aflas le::mb~ hl propici¡do
enorme! i'/iIIICl'9 e~ 3:ob;¡ia MolewI.u
La Bioquímica y la enrermedad
La. Historiade laBioq¡Jimica es paralela al ava.l\ce en el cO!locimiento de las causas de las enfermedades. Aprincipios del siglo XX,
se describió por ve2 primera que hay enfermedades debidas a la
c:uencia de un nutrienle minoritario, bauti%ado por Casimir Funk
como vitamina, o a deiectos hererularios de la actividad de algunas
eIlzimas, naciendo,de la mano del medioo inglésAIchibald Ganod,
el concepto de errores congénitos del metabolismo, punto de partida de la Patología Molecular. ~s productos intermediarios de U!Ia
ruta así ¡fectada pueden a1car.zar la sangre, a veces dañando severamente al sistema nervioso y otros tejidos, y la orina, cuyo análisis
permite el diagnóstico:
OOP ... QUino". - - mela~fli
.
Fen! ....h.
, ,t
¡. T.rol ~ I -
- -
t~ido hcmC1l~rúlco
,t
~ II'I!IIeII tool~CO
- -
ro,
... cl ~ofenll~ "o
ORIN.\
(FENl lC ET~UfUM
(A~CAPTO ~U RlA)
,'igurr,Ir.'-auélm~tlw¡:ru,~ru'~tlt.n·tTr.IT:::~.l·,-.m~.Jinre¡ !'t"
kI CIlla hid.rc·xilJSa :le la renilalanina O) Cl1l'll [eni1cet(lQUI1!,um. enlermedld mUY'Fase.lin
111
tleledc en la dimigenasa del h:.rnogenr.5olkl (2) t.lusa !lcapton:rna (oria.adc('Ol~[ negro). rt(I
!jI,ve.1m de~!:'.~ enl~ tirosUw! (j) elUlI &II:::.:smc.
Amediados delslglo XX se conoció por primera vez la base
molecular de una en:ermedad, la anemia falciforme, que habia sido
descrita. por el médico de Chicago james Henick en \904 en un joven moamericano, L! enfermedad se debe a la simple sustitución,
en la hemoglobina, de un aminoá.cido poloiJ (el glutamato) por otro
apelar (la ...atina).Este hecho acarrera tuertes alteraciones en la estructura de la proteína, loque repercute en laestructura del eritroci-
to cuya ',ida se acoriaapareciendo laanemia. Apesar de sus efectos
deletéreos, el alelo falólorme es muy frecuente en Mica Central,
porque confiere resistencia frente a la malaria,Se conocen numerosas hemoglobinopatias, debidas a simples alterador.es de
aminoácidos,pero también a deleciones y errores de corte (splicing)
en el gen que las codifica (talasernias).
La irnpor1ancia de la estructura de las proteinas para la salud ha
cobrado especial vigencia a raiz de la reciente epidemia de
encefalopatias espongiformes que ataca al ganado (rembladera del
carnero, mal de las vacas locas) y que se debe a la alteración en la
estruCl\lra de \IDa proteína. La p:oteLl\a alterada se denomina prión y
p-osee propiedades infecciosas con u.l\a cierta capacidad para traspa.
sar l ~ barrera de especie,i.'1c1ll3o la humana. El pri6n induce la millor11'.aci6n e5lruclllral en \as versiones nonnales, tonná.'1dose agregados
iJI.solubles que aparentemente diiñan las neuron!S provocando \IDa en·
fermedad neurodegenerativa. Fste es un hito irnpor1ante si al final se
conlinna la hipótesis de UfI.a proteÍJI.a iIúectiva per se, sb necesidad
de ácido nucleico ni de vehículo vivo propagador.
Los avances en la Química de 103 genes han conducido a
impoIlantisinos descubrimientos en el área de las Ciencias
Biomédicas, hasta el punto de que existen registradas más de 5.000
enfennedades debidas a defectos génicos, y este nUmero aumenta
cada día gracias a las c.:.da vez mas perfeccionadas técnicas de la
Biología Molecular.
loa búsqueda del gen afectado en una enfermedad se parece a
la de una aguja en un pajar, ya que un gen humano puede constituir
El
algo más de un I pormill6ndel DNA total,No obsta.lte,en ladécada
de 103 80 se empezaron a caracterizar genes implicados en enfermedades hurnana5 denominadas monogénicas, como la fibrosis quística
o mucoviscidosis, la enfermedad inf¡mtil de la frente salada: el gen
codifica una proteína que actúa como canal de cloruro en lo. epitelios
secretores. Para aislar éste yotros genes 80n muy úriles los marcadores moleculares, cuyos polimorfismos se heredan y cuyo rastreo en
las familias implicadas conduce a la Jocalizaciól'. de las zonas
cromosómicas adyacentes al gen cauSil!lte de la enfermedad.
En olIos Ca50S, como en el cirncer y la enfermedad vascular,
ellste un fuerte componenie ambiental. la Historia de la Investigaci6n sobre el cáncer muestra varios puntos de iru1exión en los que
confluyen la virología clásica ylaBioloqia Molecular: la descripción
del virus del sarcoma de Rous corno causa de un tu.-nor de aves ylos
sucesivos descubrimientos de los retrovirus, los oncogenes y las
kinasas de rirosinas cuyas aiteraciones son la base molecular de numerosos turnares.
El descubrimiento de la retrotranscriptm vírica destruía el
Dogma Central de la Biología Molecular, según el cual la itúormación fluye unidireccionalmente.
ONA -. RNA '" proteínas
la nueva enzima catalizaba la reacción RNII ... ONA, que resultó
la clave del ciclo vital de los aquéllos y además, proporcionó una
pista sobre la evolución prebiótica, dado que habría sido posible la
evoluci6n del RNA hacia el DNA.
Para que una célula normal se trans:orme en maligna tiene que
pas<.r por una serie de estadios controlados por proteínas cuyos genes
codificadores, aún san05,pueden verse afectados por el medio ambiente, especialmente radiaciones y agentes químicos C011'·.O el
benzopireno. Estos ger:es se clasifican como genes "cuidadores"
(caretakers) y"porteros" (galekeepers). Uno de los genes cuidadores
mejor caracterizados es el responsable de la enfermedad hereditaria xeroderma pig!l1enlosum, Ull tipo de cáncer de piel hereditario.
Este gen codifica una enzima reparadora del DNA dañado por exposición alaluz IN,cuyo defecto produce además neurodegeneración.
11
Hoy se e!ta prestando una gran atención a \as proteÍJI.as impticadas
en la adhe!lVldad in:ercelular,en las melastws yen la rcSClJlarización
de éstas (angiogénesis).
Muy importantes han sido también los avances en el cono'
cimiento de la enfermedad vascular, que posee componentes
qénicos y ambientales, como la dieta y el régimen de vida, q'Je
nodúican el equihb!io del coles!erol en la 53.:\gre y el ene!!. estado de las arterias. L05 defectos en la5 proteinas que extraen
colesterol de la sangre o de las cél!l!as produce:\ enfermedades
hereditarias que desembocan en oir1eriosc1eros:s prematura con
altisimo riesgo de trombosis.
Hlperccltlteronltlllll fam lr.ll
8-+'''+8
-H
---
"'"
ASGT leER!')
Enf!rmedJd dt Tlngiff
fÍS'.:tl JJ - fl coIes:emlylw!ermEod 'nsadM.\hI cItIfdC de)lf(lp:orIllLoeo ~ pIe!·
les cepe¡;s (.r..BCl') I:O!IdllCi I Hllermed6CIu rucul~1 gr.;~ 3.
!1.Il¡1Jt ut:I. eoles:eroil de
Algunos tratamientos para la eniermedad coronaria tienen su
ongen en la cultura tradicional de las plantas medicinales, como el
caso de la aspirir,a,cuyo prir>.cipio acti','O el salicilato,q¡:.e bloquea la
agregaci6:'1 plaQlJetana,lo eX!li1Je Felix Hoffrnann del sauce (SaJix) o
de hierOOs alpinas (Spirea, de a.1i el no:nbre spusacre) pa.<ra aliviar
el reumatismo de su padre. La aspiri.na a.cetila irre'lersiblemente la
enzima ciclooxigenasa, inhibiendo la conversión del acido
araquidónico en eicosanoides (prosiaglandinas, tromlx»:anos y
prostaac1bas).
Otros !li1tamientos tienen U.11 origen exótico, como el6xido ni·
trico, principio activo de la nirrcglicerina, u:\ tratar:liento m1Jy anti·
guo p!..ra aliviar la angina de pecho. Curiosamente,,AJfred Nobel fue
I!"dado por SlI médico ce:!. es:e Explosivo, tan familiar para el inventor de la dinarnita. El óxido I'llrico es u..1 mensajero químico r:\Uy
ubicuo que actúa en procesos ian ctvcrsos como lavasodllataóón,la
memona cerebral (L'IP) e la defensa antibacteri!!la.
111
Le bioq'lirrjca de los receptores ha permitido el estudio de I~
¡cetón hormonal, que regula desde el metibolismo hasta el dimot6500 sexu!l,asi cono la cof.lp:er~i(l!l dcl me<"i:usIilO de acción de
farmacos ysustancias t6xicas como la atropma,princIpio activo de la
benadoJa. Estecosmerioo de la Rorr.a ir.lperial obtcddo de la AlIopa
be113dona es 'ID tóxico morta1 en determinadas dosis. Por su p!!te, la
Im-esl!gaciól sobre el mecanimo de acción de la adrenalina ha revelado la base molecular de la 3eñaJ.izaclónintercelular, que requiere moléculas 3Eñahz.ldoras,receptores,ptOte:n:lS tra:u;dUCIoras (proteinas G),efedores enzirnállcos ysegtIldos mens3jeros como el AMP
cíclico,el GMP cíclico, los fosí'oinositidos, los esfingolipidos,la ADPR
cíclica, la NAADP, el Cal',etc.
También se ha avanzado basta,Tlte en la bioquimica de la
mente hum~na, confirmándose la natutaleza química de los trastornos ner.~osos como la miedad, la depresióJ, la epilepsia o
la esquízoErenia. La investigación de la quimica de la ansiedad
se ha celtrado sobre un recep:or cerebral, auténtico in:eqrador
de señales moleculares a traves de ligandos como e1 1aminobulirato, las benzodiazepmas, el etanol, los
neuroesteroides, etc. Recientemente se ha aclando la base
mo!ecular ae la mernona, radicada en receptores de glutamato
que Sal canalu ió:ucos y afectan las transmisiones neuronales
en los lencmenos de la Po/ene/ación rDepres/ón a Largo Plazo
(LTP y LrOJ. OtraS enfermedades mentales como la de Alzl'\eimer,
las enceialopatias espongiformes, la corea de Hunrington, la de
Parkinson, el síndrome del X-frági l y las alaxias
espmocerebelosas, están relacionadas con la acumulación de
proteinas anornales que pueden formar agregados
supramoleculares (amlloides) en el sistema ner.1oso.
No menos espectaculares han SIdo los descubrimienios en
irum:no!ogia, basados el el conocitniento a nivel mo:ecular de la IO!mación de anticuerpos, la respuesta irouunitaria celular, el reconocimiento intercehuaz, la menoria innul!liJaria, etc. Combinados con los
recientes descubrimientos de la base molecular de lapatogenicidad
de algunos rrjcroo!9~oS, los avances en in.rnunoloqia consumyen el soporte de estrateyias terapéuticas para enfermedad:!s infecciosas, alltoin:nll.1es,cancerosas, etc.
Tan:o en (!unl.lnologl~ como en Oncologia o en Embriologíar,a
clave el estudio del proceso de la apoptosis, o muerte celular
programada de células 'á,as. Es¡eproceso es tan preciso, que el'. el
gusano Cilenorabditis elega'lS se "suicid;l!I" exacta.!nente 131de las
1.090 células del embnón para dar paso al animal adulto. Es muy
úecuente en las me:amorloo:sy en el sistema L.1m:.uUtario (eI950/. de
loo !i:úoc:itos !Tiue.-re a ro paso por el ti.'1l0).La apop:osis es un;,. excelente linea de detenga contra las células tumorales,que en condiciones normales no sobreviven aeste mecanismo.l.ii. apopto5Ís L.'1\.ptica
la captación de señales de rnuene intra yextracelulares yla mmsferencia del mensaje mediante complejos multiproteinicos como el
apop!osoma o el O/se (dealh inducing sjgni!/ing complex). Los
ejeClltores del mensaje apoplósico son unas proteasas especificas
(c ~spasas ), que prácticamente "s ien~n " todo el entramado
inrracehl:u,desaparecieldo la celllla sin dejal: mtro.
~ido
Oto campo muy acn:.al de lairr:estigaciónbioquímica es labase
molecular del errlejecimiento celular, que se debe a e.wllas que
generan especies quinicas muy reactivas, como las del ongeno
(ROSJ, o que las destruyen.. Por otra parte, se está prestando mucha
~tención a una enzima, h telomerasa,que preserva la longllud de los
telóme:os en los er.trernos cromosórniccs de las células jóvenes. La
telomerasa es una ribon'lcJeoproteina cu,'a actlVldad retrotra!1.'icriptasa sintetiza DNA sobre un molde &."IA. La ausencia de telomerasa
en las células maduras mía responsable del deterioro de s\!s
crorr.o.>Oma3,por atortarnie:\lostCeslVOde los telómeros, yla a-'lte·
sal~ de la muerte celular.
LaBiotecnología
Se dE6ne como un cOljumo de técruc.1S basadas en lil. utilización de organismos vr:05, o partes de ellos, para la obtención de
bienes y mvicios .
Puede decirse que laBiotecnología nace en el momentoen que
la hwnaddad porce en maICha la obtención de bebidas alcohólicas a
partir de jugos de plantiS, En 1915 el desarrono biotecnológico da
un paso considerable cuando Chal'1\. WeÍizmann, bicqu:mico y des .
tacado sionista, por.e al seI'licio del Almirantazq<l británica U!lSlSte-
m
mil. para producir aceton~ a partiI de una bacteri3., Clostridium
c.celoburylfcum, y un sustrato carbonato barato. la acetola era
imprescindible para mnufacturar explosivos navales y sus PIficipales fábric as estaban en Alemania, en guerra con Inglaterra.
AWeitzmann esto le valió el agradecimiento de lord Balfour, que
formuló en 191 j una Declaración reclamando la necesidad ci.e un
esiado judio en Palestina, del que el propio Weitzmar,n fue el
primer presidente.
Hacia los años 10, Freci.erici Sanger vuelve a ser galardonado con el Nobel por su método de secuenciación de ácidos
!lucleicos. Esta tecnica, jt.nto con el descubrimiento de las
eldonucleasas de restricción y las ¡¡gasas, dIO paso a la ingenieria molecular, o el arte de cortar y ensamblar genes distintos y
de diferentes origenes. Así se pueden originar verdaderas quimeras molecula:es, muy útiles para el estudio de procesos o como
inslnunellos blOtecnológicos: los organismos CUjrOS genes se han
manipalado se denclT'inan GMO (orqanisnos génicarr.er,te modificados).
Gto.
-_ _ __
Clt"
h lbrl~
¡qur. !%.- !:~lIIer.a ~ Los~e:.es ~~mCC:lilitl!ll panIaI~;:05.c:ar~f
1IIIIarMc:Ie&;! ce:estrla:ica, Ft::WI! pasw:OIlDlJ'JI r::ediwe Ii!lalJ.
Además se ha cOlSeguido 1rall3ferir genes de un crganismo a
otro, primero ul'.hzando bacterias y ahora utilizando pl~ntas yanimales. Estos organismos se denominan transgénicos y son muy iltiles
para estudios moleculares 'j como instnllnentos para la moderna
biotecnología.
La ingenieria molecular también ha permitido clo:lCJ' genes, ES
decir obter.er tarjas oopias OOr:lO ~e desee de I:n gen coxreto, con
10 que éstos se han pedido caracterizar quirnicanerJe (~e<:I:.enciar)
como paso previo a su manipulacIón.
La recuperati~n del medio ambiente
La sociedad moderna ha dañado de ¡arma muy grave casi
todos los ecosistemas del planeta Tierra, gracias entre otras cosa:; a los abusos en ciertas actividades industriales (fabricación
de compuestos químicos ajenos a lo viviente) y agrícolas. Los
a','ances en el conocimiento del metabolismo bacteriano han
posibilitado el diseño de tecnologías de eliminaCIón de conta·
minantes in sÍ/u utilizando bacterias cuyos genes se han modifi·
cado para que puedan metabolizar un detenninado tóxico ypara
que se autoinmolen al acabarse éste. Así se evita su dispersión
en el medio ambiente, donde patirian alterar el equilibrio de las
poblaciones de microorganismos autóctonos. Ademas, determinados GMO pueden ser utilizados en biorreactores para resol·
ver problemas de co:naminantes locales , como cianuros o nitratos,
Ala luz de estos estudios ha aparecido la Ecología Molecular
Microbiana, que va a permitir la compre nsi6r, de la química
microbiana del suelo, muy importante para el equilibrio
biogeoquirnico.
La segunda revolución verde
Los fertilizantes, loo plaguicidas y108 herbicid~s permitieron,
hace muchas dendas,espectaculares mejoras en laca:.ltidadde las
cosechas,con lo cual h3:t desaparecido las hambrunas en los paises
desarrollados.Sin embargo, se prepara una segunda revolución '.'erde enla que el uso racional de las plantas iransgénicas va a mejorar
ostensiblemente el rendimiento de las cosechas sin necesidad de
contaminar el meeto ambiente con productos químicos alt~ment e
t6xicos ')' persistentes. Asi se podrar. construír pla.'1tas productoras
de vitarrúnas o de vacunas, plantas resistentes a plagas o plantas ctyos frutos maduren bajo controL Un bioplagulClda ya probado consiste enll.:lbacuJovirusinfecuvode insectos e inocuo para lasplil:.ltas
al que se ha insertado un gen que codifica una IOXL1il de escoTpió.~.
Cuando el virus se disemina en las plantas yes ingerido por orugas,
estas mueren de forma instantinea cuando el gen de la toxina se
induce en suinterior.
111
La revolución farmacológica
Los avances en Biología ~~olec~lar permitirán el diseño y la
producdón masiva de nuevos l~mac05 , más esp€cificos y oon mínimos efectos secU:1darios.Por 10 que respecta al diseño será necesario conocer las posibles dianas farmacológicas, casi 5iempre proteíMS, cuya estructura es asequible gracias a las renovadas técnicas de
difracción de rayos X, Resonall.da Magnética Nuclear o las diferentes técnicas espectroscópicas de úhima generación, L~ producción
mash'a de estos nuevos fármacos puede llfNarse a cilio por medio
de las denominadas lactorias celulares, GMO capaces de simetizar
grandes cantidades de proteinas uotras biomoléculas, muy difíciles
de obtener a p.iI1ir de fuentes naturales.
Un nuevo tipo de farmaco que se está probanó'o en la aC1ualidad 50n los propios genes. La terapia gEmica trata de encontrar
vectores apropiados para introducir de por vida genes foráneos terapéutcos, pero su futuro podría estar el la expresión tra.1SlIoria de
genes para tratar enfennedades más comu.'1es, como el cáncer o la
enfermedad vascular. No obstante,el panorama puede ser muy som·
brio si se combina la clonacióJ huma..'la con la transferencia de genes,
en este caso con una intención no terapéutica, sino modificadora del
genoma.
El mundo supuesttunente idílico de Jos m10 se abrió en los
anos 70 con la ingeniería molecular que yaer,tonces apareció como
l,L'la caja de Pandora a algunos cient:bcos clarr,'Íde:ltes como Paul
Berg. En 1915 se celebró en Asilomar, California, una coJlJerencia
sobre la manipulación de los genes a la que ~sistieron biólogos
moleculares,juristas, historiadores y filósofos.La segunda conferencia de Asilomar ha concluido que, a la vista de los espectaculares
avances en la manipulación génica, se deberia haber pre'\'Ísto el desa..''Iollo de una ética sobre la que basar la legislación necesaria para
prevelÚr abusos en la manipulación del patrimonio génico.
Presente y{nluro de la. Bioquímica
Es evidente que el presente de la Bioquír.tica lo constituye la
secuenciación de genomas,Es una información valiosísima que per-
El
mi!e avanzar a pasos agigantados en la comprensión de la función
del gen yla proteína codificada,sobre lodo apartir de Jos ba.1Cos de
daioi asequib!es con facilid!d a tra:;és de las redes de informació:'\.
Sin embargo, no es una panacea,dado que el genoma no es nada en
si si no se erpresaer, protebas (el proleoma) yeste,a SIl vez,lampo00 dice nada SI no se oor.oee la funció:\. detallada de las proteínas
Q'le 10componen y st:.s :nteracciones entre sí y CQn el metabolismo
celular 'j del orgarusmo imaClo (metaboloma).Por lo [¡mto,la conjWlclon de la g€nó:nica,laprote6:nic! yel anMisls Bioitiorrnático de las
redes metabólicas serán inp:escindibles para la comprensión del
ser vivo en su conjunto. A modo de ejemplo, a pesu de todos los
progresos e:ecÜl!dos en e;¡te Ca!llpo,estMÍmlos en el año 200 I corno
t:.n niño de 5 años que está aprend:endo el alfabeto y que necesita
progresar mt:.cJusimo en todos los órdenes para comprender el sigrlfieado de las p31abras, re1aciomla$ en frases y párraios y ser capaz de construir Wla ocra de ane literaria.
El anál:sis de h expresión génica ~e }I.a facilitado de tr.a:lera
espectacclar con las denominadas micromatrices de DNA y con la
eleclroforeslsbidimensional, en las que se puede:t detectar fácilmen·
te ciles de ge.1es oproteínas mediante·.1JI soLll'/are apropiado y ur.a
técnica a..1iI.litica resolutiva corno la espectro,;copía de masas. En particular,el análisis de turnares cor,eretos mediante micromatrices de
míA permite identificar los genes que se hiperexpresaJl. o se
suDe}.-presan en los difcreme3 estadios de un tumor (oncochips). La.
compañía Cefera Genomics ha invertido 100 millones de dólares en
Ufl equ:po informidco ccpaz de analim mis de 40.000 especímenes
de todo tipo de tumores, ldentihcar las proteíus CI1ya expresión
génica esta alterada y es tudiar su idoneidad como dianas
fannacológicas. Otra aplicaci6n de las rnicromatrices de DN.~ es la
idei1.tificación de proteínas o enzimas envueltas en las pa:ogénesis,
con el consiguiente diseño de fármacos basados en su estructura.
Los a....ances son tan espectacula.'"fS que las casas comerciales ofrecen a diario nuevos €:ruip05 pmlodo upo de análisis moleculares
(Cells·ro-cDNA analysis), no ta.,lejos de los tiempos (años 40) en que
los bioquímicos se tenia.1 Q'JC sinleti2ar sus propios reactivos.
En la actualidad se pre1ende el análisis sistemátlco de la es·
U1lCtura de las proteínas para poder acercarse a su funci6n. En no-
111
viembre de 2000 se celebr6 en Yokoharna una conferencia in!ernacional sobre Genómica estructural en laque se presentaron las nuevas lecnologias qtle pennitirb la cristalización de miles de protei('I..as y SIJ anMisls rnedi!Zlle radi3ción de sincrotón. Es:os proyectos ~e
llevaran a cabo mediante cooperación inlm.aciona! (NIH, RIItEN
GeMmic SClences Centre de Yokona.lla,Protein Strucl'.ue Factory de
Berlln,etc.).
El advenimiento de 13 genómica., que alqu.'1OS han denominado
"una naeva forro3 de biologia" r.o ha enterrado,:ti mucho mer.os,a la
B~oqcim:ca. Tal corno afinna Sidney Brenner en un gereaJ. comerlario que apiL-reci6 en TlBS en diciembre de 2000, ahora hay cienci;.s
órnicas en las que no es posible realizar experimentos en el sentido
de modificar un procesa para ver qué resulta de lal modificación (astrofísica,economia, climatologia).No es este, iortur,adamente,el caso
de la Biologia,donde la BiocfJimica, yenPiLTticularel estt.dio de las
pro:einas i' del met3bolismo, sigue proporciona...1do la íutca bese
experimental para comprelder labase moleaUlar de los fenómenos
biológicos.
Es muy aleccionadoI que el futuro de la informatica quizá tamb:én tenga reJaciol oon el DN..... la lT'.acromolécula depositaria de la
información biologica: ~e trilta de Jos nar,ochi9s de DHA,fumiame ntados en ia capacidad del D~A para alrnacer.a! bformaciol y para
hibridar sus hebras complementarias. Esto padría contribuir a la
núniaturizaclón de los eqtlipo.s informáticos y al desarroUo de teda
una nueva tecnología, sobre todo si se in1egra COl otros tipos de
nanoelectrónicil.
Como siempre que se considera el progreso de la Ciencia Basiea , las tecnolog:as derivadas de la genómic¿ pueden ser bien o
mal uthzadas. Estova adepender de una adecuada regulaciónde la
apl:caci6n de estas lecnologic.s ysobre teda,de lo.s datos genór:1ioos,
que pertenecen a la intinudad de cada per5o:ta y que debEn ser
im'¡olables. De lo contrario,se corre el ne;;go de caer el ut\a sociedad nazificada, donde el Estado clasifiqte a las peISCmas segim su
pa1rimonio gimioo, o en el mercantilismo más e:rtreno, donde sean
las Compañias asegu.,adoras y los grandes Twsts económicos las
que decidan el desuno de c~da indr.iduo, previo conocimiento do;
El
a
fa
las eniennedades que puede padecer. También podría llegarse a
manipular actividades humanas hasta. ahora intocables, como la capacidad fisica o la inteligencia. En este sentido no seria i:npensable
rnc::i.ificOll' la musculatura de los atletas de elite aumentando su proporción de fibras de contracción rápida para mejora! sus marcas;
además de ser un fraude deportivo similar al do?aje,esta manipulaci6n podría producir resultados inesperadas si no se establecen los
necesarios controles sobre la capacidad del sistema óseo para soportar las tensiones er.tras generadas por una maquln!.'Ía muscular
€xcesiv1IIl\ente potente.
Como eoloión de esta expo5ición quiero hacer un pUblico re·
conocimiento a los científicos españoles que han sido pioneros en el
desmallo de la Bio<}'limica en España. En sus ilhores, la Escuela de
Fisiologia del proiesor Juan Negrin, donde se formó el eximio Ochoa,
creador del Centro de Biología Molecular de Madrid, de prestigio
mundial, y verdadero artífice del florecimienio de la Ciencia
Bioquimica en España. También merece la pena deslac:u al Profesor
Ma.:1uel Lora Tamayo, que creyó en la Bioquimica ypropulsó desde
su Ministerio la expansiim de esta ciencia, los Profesores Smliago
Grisolia, organi2ador del Proyecto GenoIDa Humano, Alberto Sois,
enzimólogo de rango internacional, Federico Mayor Zaragata, im·
pulsar de la Enseñanza de la Bioquimica y de las Becas de Formación de Personallnvesligador, Manuel Losada Villasante, pionero de
la Bioquímica Vegeta! en España y Margarita SaJas, Presidenta de la
SEBBM y del Instituto de España y gran especialista en Biología
Molecular.
Ypor último, unrecuerdo a dos Bioquimicos de la Uni'msidad
de Córdoba reciente y prematurarnenle desaparecidos: 105 Profesores Antonio Upez Ruiz 'f Jacobo Cárdenas ·1'orres. El Profesor López
Rulz era un bioquímico todoterreno muy apreciado por sus cualidades humanas e intelectuales,El Proiesor Jacabo eirdenas fue un gra!\
impulsor de laLicenciatura de Bioquimica ypertenecía a una Escuela de Bioquimicos Ilustres y H\U1larüstas con una visión orteguiana
de la Universidad, pero que a! mismo tiempo creen finnemente en la
Investigación como base para lJIla buena docencia universitaria y
motor del desarrollo de la sociedad, En este senlido, la relación de
publicaciones señeras que presento y que tratan de resumir la Histo-
El
ria de la Bioquímica, es la mejor prueba de que l ~ Investigación Básica constituye elgell'.len para el desarrollo de tecnoloqias aplicables
al progreso de la Hum<rnidad. Por esta razól'~ una Universidad que se
precie debe mimar ~ sus científicos, pero no se olvide que si dificil
es formar a un buen cientifico, no menos dificil es formar al buen
PIofeso! que tiene que hacer asequible su sapiencia a los alumnos
de carrera de fOmla continua, callada y mrineada.
En la actualidad, y como CQns€cuencia de la permsión a la
que se ha llegado al aplicar literalmente los índices de Archibald
Garrod sobre la calidad de la Ciencia, se tiende un tanto a despreciar la docencia en favor de la investigación. Si la selección del Profesorado Universitalio se lleva a cabo porfin y de verdad sable est~
doble base, la calidad de las enseñan:as superiores e5tara garantilada ante la sociedad, que creó a la Universidad como semillero de
profe3ionales ycientíficos cuya preparación profesional.l' ética es la
mejor garantia del Progreso Humano.
m
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